系统调用

系统调用

　　操作系统提供多种服务的入口点，程序由此向内核请求服务，各种版本的UNIX实现都提供定义明确、数量有限、可直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用。是我们不能更改的一种unix特征。

库函数

　　把代码放到库里，供别人使用。把经常用到的函数放到一个文件里，供不同的人进行使用，一般放在.lib文件中。面向应用开发。

低速统调用

　　慢系统调用是可能会使进程永远阻塞的一类系统调用

1. 读写‘慢’设备（包括pipe，终端设备，网络连接等）。读时，数据不存在，需要等待；写时，缓冲区满或其他原因，需要等待。读写磁盘文件一般不会阻塞。
2. 当打开某些特殊文件时，需要等待某些条件，才能打开。例如：打开中断设备时，需要等到连接设备的modem响应才能完成。
3. pause和wait函数。pause函数使调用进程睡眠，直到捕获到一个信号。wait等待子进程终止。
4. 某些ioctl操作。
5. 某些IPC操作。

　　在这些低速系统调用中一个值得注意的例外是与磁盘I / O有关的系统调用。虽然读、写一个磁盘文件可能暂时阻塞调用者（在磁盘驱动程序将请求排入队列，然后在适当时间执行请求期间），但是除非发生硬件错误，I / O操作总会很快返回，并使调用者不再处于阻塞状态。

　　此术语适用于那些可能永远阻塞的系统调用。永远阻塞的系统调用是指调用有可能永远无法返回，多数网络支持函数都属于这一类。如：若没有客户连接到服务器上，那么服务器的accept调用就没有返回的保证。

适用于慢系统调用的基本规则是：

　　当阻塞某个慢系统调用的一个进程捕获某个信号且相应的信号处理函数返回，该系统调用可能返回一个EINTR错误，这些有些能重启，有些不能。

被中断的系统调用

　　早期的Unix系统，如果进程在一个慢系统调用(slow system call)中阻塞时，当捕获到某个信号且相应信号处理函数返回时，这个系统调用被中断，调用返回错误，设置errno为EINTR。

eg：

　　一个进程进行读终端操作，而使用该终端设备的用户离开中断很长一段时间，在这种情况下，进程可能阻塞几个小时或几天。

　　read：如果read已经接受并传送数据到用户缓冲区，但未收到应用进程接收到的全部数据，此时系统调用被中断；操作系统可认为该系统调用失败，并将errno设置为EINTR，另一种处理方式是允许系统调用成功返回，返回值是已经接收到的数据数量（POSIX使用此种方式）

　　write：与read类似。

能自动重启的系统调用：

　　ioctl、read、readv、write、writev、wait和waitpid。正如前述，其中前五个函数只有对低速设备进行操作时才会被信号中断。而wait和waitpid在捕捉到信号时总是被中断。某些应用程序并不希望这些函数被中断后再起动，因为这种自动再起动的处理方式也会带来问题，为此4.3BSD允许进程在每个信号各别处理的基础上不使用此功能。

　　POSIX要求只有中断信号的SA_RESTRAT标志有效时，才实现重启系统调用，对于signal函数建立信号处理程序时，对于如何重启被中断的系统调用，各个版本的实现做法不同，systemV从不重启被中断的系统调用，BSD重启被中断的系统调用，POSIX和max os x中当信号处理程序使用signal时，被中断的系统调用会重启，

能够重启的系统调用：

　　accept、read、write、select、open

不能重启的系统调用：

　　connect：若connect函数返回一个EINTR错误的时候，我们不能再次调用它，否则将立即返回一个错误。针对connect不能重启的处理方法是，必须调用select来等待连接完成。

处理被中断的系统调用

既然系统调用会被中断，那么别忘了要处理被中断的系统调用。有三种处理方式：

1. 人为重启被中断的系统调用
2. 安装信号时设置 SA_RESTART属性（该方法对有的系统调用无效）
3. 忽略信号（让系统不产生信号中断）

人为重启被中断的系统调用

　　人为当碰到EINTR错误的时候，有一些可以重启的系统调用要进行重启，而对于有一些系统调用是不能够重启的。例如：accept、read、write、select、和open之类的函数来说，是可以进行重启的。不过对于套接字编程中的connect函数我们是不能重启的，若connect函数返回一个EINTR错误的时候，我们不能再次调用它，否则将立即返回一个错误。针对connect不能重启的处理方法是，必须调用select来等待连接完成。

　　一些IO系统调用执行时，如 read 等待输入期间，如果收到一个信号，系统将中断read， 转而执行信号处理函数. 当信号处理返回后， 系统遇到了一个问题： 是重新开始这个系统调用， 还是让系统调用失败？早期UNIX系统的做法是， 中断系统调用，并让系统调用失败， 比如read返回 -1， 同时设置 errno 为EINTR中断了的系统调用是没有完成的调用，它的失败是临时性的，如果再次调用则可能成功，这并不是真正的失败，所以要对这种情况进行处理， 典型的方式为：

again:
          if ((n = read(fd， buf， BUFFSIZE)) < 0) {
             if (errno == EINTR)
                  goto again;     /* just an interrupted system call */
            /* handle other errors */
          }

安装信号时设置 SA_RESTART属性

 　　我们还可以从信号的角度来解决这个问题，  安装信号的时候， 设置 SA_RESTART属性，那么当信号处理函数返回后， 不会让系统调用返回失败，而是让被该信号中断的系统调用将自动恢复。

struct sigaction action;
 
action.sa_handler = handler_func;
sigemptyset(&action.sa_mask);
action.sa_flags = 0;
/* 设置SA_RESTART属性 */
action.sa_flags |= SA_RESTART;
 
sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

　　但注意，并不是所有的系统调用都可以自动恢复。如msgsnd喝msgrcv就是典型的例子，msgsnd/msgrcv以block方式发送/接收消息时，会因为进程收到了信号而中断。此时msgsnd/msgrcv将返回-1，errno被设置为EINTR。且即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。在man msgrcv中就有提到这点：

　　msgsnd and msgrcv are never automatically restarted after being interrupted by a signal handler, regardless of the setting  of the SA_RESTART flag when establishing a signal  handler.

忽略信号

　　当然最简单的方法是忽略信号，在安装信号时，明确告诉系统不会产生该信号的中断。

struct sigaction action;
 
action.sa_handler = SIG_IGN;
sigemptyset(&action.sa_mask);
 
sigaction(SIGALRM, &action, NULL);

　　闹钟信号SIGALRM中断read系统调用。安装SIGALRM信号时如果不设置SA_RESTART属性，信号会中断read系统过调用。如果设置了SA_RESTART属性，read就能够自己恢复系统调用，不会产生EINTR错误。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <error.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
 
void sig_handler(int signum)
{
    printf("in handler\n");
    sleep(1);
    printf("handler return\n");
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
    char buf[100];
    int ret;
    struct sigaction action, old_action;
 
    action.sa_handler = sig_handler;
    sigemptyset(&action.sa_mask);
    action.sa_flags = 0;
    /* 版本1:不设置SA_RESTART属性
     * 版本2:设置SA_RESTART属性 */
    //action.sa_flags |= SA_RESTART;
 
    sigaction(SIGALRM, NULL, &old_action);
    if (old_action.sa_handler != SIG_IGN) {
        sigaction(SIGALRM, &action, NULL);
    }
    alarm(3);
   
    bzero(buf, 100);
 
    ret = read(0, buf, 100);
    if (ret == -1) {
        perror("read");
    }
 
    printf("read %d bytes:\n", ret);
    printf("%s\n", buf);
 
    return 0;
}

　　闹钟信号SIGALRM中断msgrcv系统调用。即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
 
void ding(int sig)
{
    printf("Ding!\n");
}
 
struct msgst
{
    long int msg_type;
    char buf[1];
};
 
int main()
{
    int nMsgID = -1;
 
    // 捕捉闹钟信息号
    struct sigaction action;
    action.sa_handler = ding;
    sigemptyset(&action.sa_mask);
    action.sa_flags = 0;
    // 版本1:不设置SA_RESTART属性
    // 版本2:设置SA_RESTART属性
    action.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigaction(SIGALRM, &action, NULL);
   
    alarm(3);
    printf("waiting for alarm to go off\n");
 
    // 新建消息队列
    nMsgID = msgget(IPC_PRIVATE, 0666 | IPC_CREAT);
    if( nMsgID < 0 )
    {
        perror("msgget fail" );
        return;
    }
    printf("msgget success.\n");
 
    // 阻塞 等待消息队列
    //
    // msgrcv会因为进程收到了信号而中断。返回-1，errno被设置为EINTR。
    // 即使在插入信号时设置了SA_RESTART，也无效。man msgrcv就有说明。
    //
    struct msgst msg_st;
    if( -1 == msgrcv( nMsgID, (void*)&msg_st, 1, 0, 0 ) )
    {
        perror("msgrcv fail");
    }
 
    printf("done\n");
 
    exit(0);
}